第章 水文地球化学参数

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1、第4章水文地球化学参数东华理工学院应用水文地球化学第四章水文地球化学参数1第四章水文地球化学参数水文地球化学参数有三类：物性水文地球化学参数，条件水文地球化学参数，综合性水文地球化学参数。第一节物性和条件水文地球化学参数一、物性水文地球化学参数物性水文地球化学参数是反映事物的性质（物质的性质和物质间相互作用时的质量和能量关系）的参数。如平衡常数，反应速度常数，分配系数，吸附容量，自由能，焓，熵，标准电子活度或标准电极电位，离子电位，离子半径和价态，以及原子结构和其外层的价电子层结构都是反映事和物内在本性的参数。这些参数反映的是事物的

2、本性，或反映的仅仅是事物在理想状态时的特征。事物在理想条件下的状态与实际条件下是有一定的差距的。在研究客观具体事物时还需根据具体条件作具体分析。但尽管如此，收集和掌握这些参数对水文地球化学研究无疑是非常必要和有益的，因为这些参数是对事物进行分析判断的基础，是对事物进行理论计算和实践设计必不可少的参数。二、条件水文地球化学参数条件水文地球化学参数是反应体系及其环境所处的条件的参数，是用来描述事物或体系与环境的外观状态的参数，当然也是进行水文地球化学计算时所需要的基本数据。它们主要有水化学组分，含量，pH，pE或Eh，温度，压力等。无疑

3、这些参数是水文地球化学研究和计算中必不可少的重要参数，因而也是我们野外和实验室工作中必须取得的主要资料。第二节参比和综合性水文地球化学参数上面已提及，仅有物性水文地球化学参数是不能对水岩体系的客观状态和变化作出确定性的定量回答，也是无法对水岩体系进行具体的水文地球化学计算。但是仅仅依靠条件水文地球化学参数也是不够的，因为同一个客观具体条件对不同的事物的影响显然是不尽相同的。对一个事物要作出既科学又符合客观实际的回答，必须将理论与实践相结合，也就是说，将事物的条件状态与该条件下事物发生变化的边界状态相比较，才能对事物的状态、发展结果和

4、将可能发生的事件作出正确的论断。反映实际条件与该具体条件下的边界条件相比较的结果的参数12东华理工学院应用水文地球化学第四章水文地球化学参数便是综合性的参数，如饱和指数、反应条件指数等。反映该条件下的事物的特定状态的边界条件参数，也包含了客观具体条件与事物特性两种参数。因此这种表达反应边界条件的特定状态的参数也是综合水文地球化学参数的一种，称反应条件边界值。总之，综合物性水文地球化学参数和条件水文地球化学参数而得到的复合参数便是综合水文地球化学参数。综合性水文地球化学参数有两种：一种是反映水文地球化学作用的边界条件的反应条件边界值；

5、另一种是反映作用方向的综合性参数，如饱和指数和反应条件指数等。本节着重讨论综合性文地球化学参数。一、饱和指数饱和指数早在70年代就已被广泛采纳和应用，它是水中难溶化合物的离子活度积(IAP)与其溶度积常数(Ksp)比值的对数值。SI?logIAPKsp（4.2.1）设某水文地球化学作用的反应方程为：aA?dD+eE（4.2.2）则按反应自由能公式可写出[D]d[E]e?Gr?RTln?RTlnK[A]（4.2.3）假如(3)式中的A项是固体，则(3)式可以写为[D]d[E]e?Gr?RTlnKspIAP?[D]d[E]e（4.2.4

6、）（4.2.5）（4.2.6）（4.2.7）?Gr?2.303RTlogIAPKsp?Gr?2.303RTSI由(7)式可见SI是ΔG的函数。若SI=0，则ΔG=0，反应处于平衡状态；SI>0，则ΔG<0，反应自发向右进行；SI<0，则ΔG>0，反应逆向进行。所以它可以用来表示难溶化合物的溶解和沉淀作用的状态。SI公式中综合了水文地球化学条件参数和固－液体系的性质参数(Ksp)，它是一种综合性的反映水文地球化学作用状态的高级参数。由此可见饱和指数主要说明固－液体系的溶解、沉淀状态。饱和指数是反应所研究体系的状

7、态或水文地球化学作用方向的综合性高级水文地球化学参数。根据以原理，饱和指数常被用来研究岩溶作用和矿产资源的形成和破坏。例如，美国奥克维尔地区利用SI预测铀矿体的位置，取得良好的效果。图4.2.1中第—二个矿体水中铀含量反应不明显，仅1—2×106克/升，但SI值可达+3，水中pH和Ra含量也有相应的反映（见图4.2.1）。我国在沙坝子矿床也做了类似的研究工作。表明铀矿物及其伴生矿物（方解石和21[P.52]东华理工学院应用水文地球化学第四章水文地球化学参数3萤石）的SI值，从矿床外围到中心，由负变正（图4.2.2）。这不仅指示了矿体

8、的位置，而且还说明了铀矿化与方解石和萤石共生的现象。图4.2-1奥克维尔地区SI矿物的饱和指数二、反应条件边界值(BRC)在研究水文地球化学反应的状态时，常常需要知道反应是否处于平衡状态，或水文地球化学作用应朝哪个方向进行，体系离平衡